請輸入絕對值裡面 ax + b 的係數 a、b,右邊的數 c,以及比較的種類(=、<、≤、>、≥)。下方的數學式和輸入欄是連動的,直接改寫式中的數字也能計算。
目錄
這個頁面可以做什麼
- 只要輸入係數並選擇比較的種類,就能解絕對值的方程式與不等式 \(|ax+b| = c\)、\(< c\)、\(\le c\)、\(> c\)、\(\ge c\)。答案以約分後的分數(精確值)顯示
- 同時列出高一學到的兩種解法的過程:(1) 基本形式(例如「若 \(|X| = c\),則 \(X = \pm c\)」),(2) 分段討論(分成 \(ax+b \ge 0\) 和 \(< 0\) 去掉絕對值)。分段討論時,會逐行檢驗每一段的解和該段條件的共同範圍
- 像 \(c = 0\)、\(c < 0\) 這種容易出錯的情況(解只有一點、除了一點以外的所有實數、無解、所有實數),也會附上「絕對值一定大於或等於 0」的理由正確判斷
- 不等式的解的範圍會畫在數線上,可以分辨端點包含在解中(實心圓點)還是不包含(空心圓點)
- 係數除了小數、負數,也能輸入像 3/4 這樣的分數。淺顯易懂的公式解說,以及可直接複製到 Excel、Google 試算表、Python 的公式,也都整理在這個頁面
這個計算有什麼用?
工業產品的尺寸是用「設計值 ± 公差」來管理。例如「長度 50 mm、公差 ±0.5 mm」的零件,合格條件就是絕對值不等式 \(|x - 50| \le 0.5\),解的範圍 \(49.5 \le x \le 50.5\) 就是合格範圍。
圖面上寫的「\(50 \pm 0.5\)」(公差),就是這個不等式的簡寫。
在台灣,家用插座的電壓是 110 V。依經濟部「電業供電電壓及頻率標準」,電燈電壓的變動不得超過 ±5%,也就是要維持在 104.5~115.5 V 之間。寫成式子就是 \(|V - 110| \le 5.5\),即 \(104.5 \le V \le 115.5\)。
像這樣「把和標準值的差距大小控制在一定範圍內」的規定,在水壓、食品包裝標示的淨重等許多地方都看得到,而且都能寫成絕對值不等式。
寫程式時,「和目標值的差在一定範圍內就視為相同」的判斷會寫成 if abs(x - target) <= eps。這是容許小數計算誤差來比較數值、或在遊戲中判定角色「差不多到達」目的地時的標準寫法。
這一行就是把絕對值不等式 \(|x - t| \le \varepsilon\) 直接寫成程式碼,解的範圍就是判斷成立的範圍。
測量值和真實值的差距(誤差)可能偏正,也可能偏負。要問「差距的大小是否在一定範圍內」時,基本上是用去掉正負號的 \(|\text{測量值} - \text{標準值}|\) 來評估。
例如體溫計或體重計標示的精度「±0.1」,意思是大致保證 \(|\text{顯示值} - \text{真實值}| \le 0.1\)。意識到這個範圍,讀測量結果的方式就會不同。
公式與數線
符號與用語解說
符號
| \(|x|\) | x 的絕對值 | 絕對值的符號。把數夾在兩條直線中間,表示「在數線上離 0 多遠」(距離)。因為是距離,一定大於或等於 0,\(|5| = 5\),\(|-5| = 5\)。 |
| \(X\) | 大寫 X | 在本頁,代表把絕對值裡面的一次式 \(ax+b\) 看成一個整體的代換文字。「把裡面看成一個文字」,就能直接使用基本形式。 |
| \(a,\ b,\ c\) | a、b、c | 常用來表示固定的數(常數)的文字。習慣上用字母表前面的 \(a,\ b,\ c\) 表示固定的數。本頁的 \(a\)、\(b\) 是絕對值裡面 \(ax+b\) 的係數和常數項,\(c\) 是右邊要比較的數。 |
| \(x\) | x | 要求的未知數。習慣上用字母表後面的 \(x,\ y,\ z\) 表示未知數,據說源自數學家笛卡兒的寫法。 |
| \(\pm\) | 正負 | 把「\(+\) 的情況和 \(-\) 的情況」一起寫出來的符號。\(X = \pm 5\) 是把 \(X = 5\) 和 \(X = -5\) 合起來的寫法。 |
| \(<,\ >\) | 小於、大於 | 表示大小關係的不等號。符號開口的一側是較大的數。不包含端點本身(在數線上用空心圓點表示)。 |
| \(\ge,\ \le\) | 大於或等於、小於或等於 | 包含端點本身的不等號(在數線上用實心圓點表示)。日本的課本把等號部分寫成兩條線(≧、≦),意思相同。 |
| \(\neq\) | 不等於 | 表示「不相等」的符號。\(x \neq 2\) 的意思是「除了 2 以外的所有實數」,會出現在 \(|X| > 0\) 形式的解中。 |
用語
| 絕對值 | 在數線上,從 0 到該數的距離。因為是距離,一定大於或等於 0。正數保持原樣(\(|5| = 5\)),負數去掉負號(\(|-5| = 5\))。國中七年級學它的意義,高一學它在方程式、不等式上的用法。 |
| 方程式 | 含有還不知道的數(未知數)的等式。使等式成立的未知數的值叫做「解」,求出所有的解叫做「解方程式」。 |
| 不等式 | 用不等號(\(<\)、\(\le\)、\(>\)、\(\ge\))表示數或式子大小關係的式子。解通常不是一個數而是「範圍」,畫在數線上比較容易看懂。 |
| 一次式 | 像 \(2x - 3\) 這樣,\(x\) 只出現到 1 次方的式子。本頁絕對值裡面的式子是一次式。 |
| 分段討論 | 式子的形式隨情況改變時,把問題分成幾種情況,每種情況各自求解的方法(也叫分情況討論)。絕對值依裡面的正負有不同的去法,是分段討論的代表例子。 |
| 檢驗 | 確認求出的答案是否符合當初假設的條件。分段討論時,一定要檢查每一段的解是否符合「該段的條件」(如果是範圍,就看有沒有共同範圍),不符合的解要捨去(不合)。 |
| 共同範圍 | 同時屬於兩個範圍的部分(「且」的範圍,也就是交集)。常見的做法是把兩條數線上下並排畫出,讀出重疊的部分。 |
| 數線 | 把數當成直線上的點排列的圖,越往右數越大。用來直接看出絕對值(與 0 的距離)和不等式的解的範圍。 |
| 移項 | 把等式或不等式的項變號後移到另一邊。把 \(2x - 3 = 5\) 的 \(-3\) 移到右邊,就變成 \(2x = 5 + 3\)。 |
| 實數 | 可以放在數線上的所有數。除了整數、分數、小數,也包含 \(\sqrt{2}\) 和圓周率這樣的數。 |
| 無解 | 一個滿足條件的 \(x\) 都沒有。例如 \(|x| = -2\),因為絕對值不會是負數,所以無解。 |
| 所有實數 | 不論 \(x\) 是什麼值都成立。例如 \(|x| \ge -1\),因為絕對值一定大於或等於 0,所以永遠成立。 |
建議先了解的基礎知識
為了能「理解意義」地使用這個頁面的計算,這裡整理了建議先了解的基礎知識。
遇到卡關時,回頭複習表中的內容是最快的方法。
| 正負數與數線(國中七年級,12~13 歲) |
|
| 絕對值的意義(國中七年級,12~13 歲) |
|
| 一元一次方程式(國中七年級,12~13 歲) |
|
| 一元一次不等式(國中七年級~高一,12~16 歲) |
|
| 分數的計算(國小五年級~國中七年級,10~13 歲) |
|
用 Excel 計算的方法
| x 的係數 a | 2 |
| 常數項 b | -3 |
| 右邊的數 c | 5 |
| 解 1(使裡面等於 c 的 x) | =(B3-B2)/B1 |
| 解 2(使裡面等於 −c 的 x) | =(-B3-B2)/B1 |
| x 的係數 a | 2 |
| 常數項 b | -3 |
| 右邊的數 c | 5 |
| 範圍的左端 | =MIN((B3-B2)/B1,(-B3-B2)/B1) |
| 範圍的右端 | =MAX((B3-B2)/B1,(-B3-B2)/B1) |
| x 的係數 a | 2 |
| 常數項 b | -3 |
| 要確認的 x | 4 |
| |ax+b| 的值 | =ABS(B1*B3+B2) |
第一個表格是 |2x − 3| = 5 的例子,解 1 是 4,解 2 是 −1。c 填 0 以下的數時雖然也會算出數字,但實際的解是「c = 0 時只有一點、c 是負數時無解」,請特別注意(本頁的計算機會自動判斷)。
第二個表格求 |2x − 3| ≤ 5 的解的範圍 −1 ≤ x ≤ 4,MIN 是左端、MAX 是右端。若是 >、≥,這兩個值的「外側」才是解的範圍。
第三個表格用來驗算。代入解 x = 4,可以確認 ABS(求絕對值的函數)的值回到右邊的 5。
用 Google 試算表計算的方法
| x 的係數 a | 2 |
| 常數項 b | -3 |
| 右邊的數 c | 5 |
| 解 1(使裡面等於 c 的 x) | =(B3-B2)/B1 |
| 解 2(使裡面等於 −c 的 x) | =(-B3-B2)/B1 |
| x 的係數 a | 2 |
| 常數項 b | -3 |
| 右邊的數 c | 5 |
| 範圍的左端 | =MIN((B3-B2)/B1,(-B3-B2)/B1) |
| 範圍的右端 | =MAX((B3-B2)/B1,(-B3-B2)/B1) |
| x 的係數 a | 2 |
| 常數項 b | -3 |
| 要確認的 x | 4 |
| |ax+b| 的值 | =ABS(B1*B3+B2) |
用 Python 計算的方法
from fractions import Fraction
# 解 |a*x + b| ? c(3/4 這樣的分數可以寫成 Fraction(3, 4))
a = Fraction(2) # x 的係數
b = Fraction(-3) # 常數項(絕對值裡)
c = Fraction(5) # 右邊的數
sign = "<=" # 從 "=", "<", "<=", ">", ">=" 中選一個
lower = (-c - b) / a # 使裡面等於 -c 的 x
upper = (c - b) / a # 使裡面等於 c 的 x
left, right = min(lower, upper), max(lower, upper)
if c > 0:
if sign == "=":
print(f"解:x = {left}, {right}")
elif sign in ("<", "<="):
print(f"解:{left} {sign} x {sign} {right}")
else:
flipped = "<" if sign == ">" else "<="
print(f"解:x {flipped} {left} 或 {right} {flipped} x")
elif c == 0:
boundary = -b / a # 使裡面等於 0 的 x
if sign in ("=", "<="):
print(f"解:x = {boundary}")
elif sign == "<":
print("無解")
elif sign == ">":
print(f"解:x ≠ {boundary}")
else:
print("所有實數")
else:
# 絕對值一定大於或等於 0,所以和負的 c 比較時結果是固定的
if sign in (">", ">="):
print("所有實數")
else:
print("無解")
用 LaTeX 等數學式語言的寫法(可直接複製)
|X| = c ⇔ X = ±c (c > 0)
\lvert X \rvert = c \iff X = \pm c \quad (c > 0)
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mo>|</mo><mi>X</mi><mo>|</mo>
<mo>=</mo><mi>c</mi>
<mo>⇔</mo>
<mi>X</mi><mo>=</mo><mo>±</mo><mi>c</mi>
</mrow>
</math>
abs(X) = c iff X = +-c
Solve[Abs[x] == c, x, Reals]
solve(abs(x) = c, x);
solve(abs(x) == c, x)
|X| = c ⇔ X = ±c (c > 0)
|X| < c ⇔ −c < X < c
\lvert X \rvert < c \iff -c < X < c
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mo>|</mo><mi>X</mi><mo>|</mo>
<mo><</mo><mi>c</mi>
<mo>⇔</mo>
<mo>−</mo><mi>c</mi><mo><</mo><mi>X</mi><mo><</mo><mi>c</mi>
</mrow>
</math>
abs(X) < c iff -c < X < c
Reduce[Abs[x] < c, x, Reals]
solve(abs(x) < c, x);
solve(abs(x) < c, x, 'ReturnConditions', true)
|X| < c ⇔ −c < X < c
|X| > c ⇔ X < −c 或 c < X
\lvert X \rvert > c \iff X < -c \ \text{或}\ c < X
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mo>|</mo><mi>X</mi><mo>|</mo>
<mo>></mo><mi>c</mi>
<mo>⇔</mo>
<mi>X</mi><mo><</mo><mo>−</mo><mi>c</mi>
<mtext> 或 </mtext>
<mi>c</mi><mo><</mo><mi>X</mi>
</mrow>
</math>
abs(X) > c iff X < -c or c < X
Reduce[Abs[x] > c, x, Reals]
solve(abs(x) > c, x);
solve(abs(x) > c, x, 'ReturnConditions', true)
|X| > c ⇔ X < −c 或 c < X
|X| = X (X ≥ 0), |X| = −X (X < 0)
\lvert X \rvert = \begin{cases} X & (X \ge 0) \\ -X & (X < 0) \end{cases}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mo>|</mo><mi>X</mi><mo>|</mo><mo>=</mo>
<mrow>
<mo>{</mo>
<mtable columnalign="left left">
<mtr>
<mtd><mi>X</mi></mtd>
<mtd><mo>(</mo><mi>X</mi><mo>≥</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd><mo>−</mo><mi>X</mi></mtd>
<mtd><mo>(</mo><mi>X</mi><mo><</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mtd>
</mtr>
</mtable>
</mrow>
</mrow>
</math>
abs(X) = {(X, (X >= 0)), (-X, (X < 0)):}
Abs[x] == Piecewise[{{x, x >= 0}, {-x, x < 0}}]
abs(x) = piecewise(x >= 0, x, x < 0, -x);
piecewise(x >= 0, x, x < 0, -x)
|X| = X (X ≥ 0), |X| = −X (X < 0)
請 ChatGPT 幫忙計算的方法
你是數學計算助理。請務必實際執行 Python 程式碼來進行以下計算,並只根據執行結果的數值回答(不要用心算或猜測作答)。 請解絕對值不等式 |2x − 3| ≤ 5。 請分別列出以下內容: 1. 化成基本形式的式子(−c ≤ 2x−3 ≤ c 的形式) 2. 解的範圍(端點用最簡分數或整數表示) 3. 也用分段討論(2x−3 ≥ 0 和 2x−3 < 0)來解,列出每一段的解及其與該段條件的共同範圍,並確認和 1 的答案相同 請在 Python 中用 sympy 的 solveset(或使用 Abs 的 Reduce 等價做法)和 fractions 精確計算,並列出所用的程式碼和執行結果。
使用方法
-
1輸入數值在輸入欄中輸入要計算的數值
-
2計算按下「計算」按鈕
-
3查看結果計算結果會立即顯示。計算的思路和公式的解說,也都能在同一個頁面查看
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